張保森，盛 偉，鄭海坤

(1.河南理工大學機械與動力學院，河南焦作 454000;2昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作 454000)

0 引言

灰渣改性技術是指對電廠燃煤鍋爐本體不做改動的前提下，于燃煤中添加摻燒劑，在保證系統(tǒng)安全運行和正常供熱發(fā)電的同時，實現(xiàn)煤的凈化燃燒，并使煤燃燒產生的灰渣及煤中大部分硫在鍋爐中直接轉化為高附加值產品［1］。以焦作市某電廠130t/h循環(huán)流化床(CFB)鍋爐為試驗研究對象，進行了灰渣改性技術試驗研究。研究結果表明:系統(tǒng)運行可靠，工藝簡單，投資成本和運行費用低，具有節(jié)能降耗、高效脫硫、降低NOx和CO2排放量、灰渣改性后能作為水泥的水硬性膠凝材料等特點［2］。

1 工藝原理

灰渣改性技術以現(xiàn)有燃煤鍋爐為載體，既把燃煤鍋爐作為污染治理的對象，又把它作為生產產品的工業(yè)窯爐，摻燒劑通過與煤進行均化混合后形成親合顆粒，進入爐內實現(xiàn)固相反應。在一定的工藝燃燒、供氧條件下完成固結脫硫，且大部分煤灰中的礦物質形成特種水泥熟料，同時利用爐中的礦化放熱反應，強化燃燒，降低殘?zhí)己虲O排放量，減少鍋爐磨損。以現(xiàn)成的電廠燃煤循環(huán)流化床鍋爐做載體，生產特種水泥熟料，可在 800 ～900℃形成［3－4］，實現(xiàn)了特種水泥礦物的低溫煅燒，NOx不易產生，這不僅減少了現(xiàn)有水泥窯的煙氣排放，與現(xiàn)有水泥窯生產的以硅酸三鈣(C3S)為主的阿利特水泥熟料相比［5］，還可減少CaCO3分解吸熱，減少CO2的排放，進而一次性全面的消除煤煙型污染(SO2、NOx、CO、CO2、碳粒子和PM10)和灰渣污染。

2 摻燒劑添加及配制原則

摻燒劑的添加及配制原則:引發(fā)預期的放熱反應，解決熱平衡中的關鍵問題，摻燒反應為放熱反應過程，可以提高燃燒效率，降低產品的殘?zhí)己?摻燒反應生成硅酸鹽等礦物，同時能固結脫硫;考慮有利于運行操作，減少爐內結焦，減少腐蝕和磨損，提高鍋爐效率和運轉率;在滿足上述要求的前提下，參照硅酸鹽水泥熟料的率值，以多元摻燒劑調整灰渣4種主要氧化物的含量比例，并調節(jié)煅燒過程中礦物形成的礦化及活化等功能;根據(jù)生產產品的不同以及燃煤質量的變化調整燃煤摻燒劑的配方和摻量，并摻燒一定的活化劑、催化劑等物質，以加速燃燒和化學反應，使其形成特種水泥礦物。

根據(jù)上述摻燒劑的配制原則，合理選擇以工業(yè)廢渣為主要原料的燃煤摻燒劑，利用其化學組成及其化學潛能，實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。

3 工藝過程

試驗是在鍋爐原備用輸煤皮帶上加裝一個簡單漏斗，以供人工摻加摻燒劑用，試驗用摻燒劑主要采用焦作地區(qū)現(xiàn)有的工業(yè)廢渣(赤泥、電石泥、劣質石灰)按一定比例配方磨制而成。流化床鍋爐灰渣改性試驗工藝流程見圖1。試驗工藝流程:摻燒劑→按配方要求摻配在輸煤皮帶上→進入煤倉→通過拉鏈機輸送混合→入爐燃燒→電除塵器收集粉煤灰→化水車間取樣→將灰樣送到實驗室進行化學和物理項目的分析→將試驗生產的灰、渣送到有關水泥廠進行生產復合水泥的生產試驗。

圖1 工藝流程示意

4 結果分析

為了更好地應用灰渣改性技術，平時的生產工況條件(即煤∶矸=1∶4)是試驗的重點工況。燃煤礦化固硫劑的配制也是按此工況考慮的。但是，在試驗過程中，由于矸石的供應緊張，生產工況條件選擇了煤矸比分別為 1∶0、1∶1、1∶2、1∶4 的四種方案。整個試驗過程運行工況比較穩(wěn)定，其中有個別時間床溫有升高現(xiàn)象，但經(jīng)過一、二次風配風適當調節(jié)，趨于穩(wěn)定。

4.1 降低鍋爐煤耗

試驗統(tǒng)計表明，綜合平均鍋爐煤耗平均降低5%以上。分析原因為摻燒有效地降低了粉煤灰含碳量(如圖2所示);同時，由于摻燒后提高了以輻射傳熱為主的爐內熱交換效率，在給煤量不變等相同條件下，鍋爐蒸發(fā)量會明顯增加;另外，摻燒劑與煤灰組分形成礦物的化合反應放熱，也給鍋爐補充了部分熱量。因此，在摻燒后，鍋爐系統(tǒng)的綜合熱效率得到提高，取得一定的節(jié)煤效果。

圖2 煤焦燃盡速率曲線

4.2 高效固結脫硫脫氮

摻燒劑加入流化床鍋爐后，在爐內煤料的充分混合及循環(huán)過程中，摻燒劑中的脫硫劑顆粒與煤燃燒過程中產生的SO2發(fā)生反應，抑制其隨煙氣排出，脫硫產物形成穩(wěn)定的礦物賦存于改性產品中，從而達到比采用石灰石更為理想的脫硫效果。

4.3 粉煤灰渣改性生成水硬性膠凝材料

選取了粉煤灰渣三種試樣，分別對其進行安定性和三天抗折強度分析，結果均符合國家標準。

5 結語

循環(huán)液化床鍋爐內實施灰渣改性技術，既可治理燃煤電力行業(yè)存在的“煤煙型”污染，又能節(jié)約并合理利用能源，實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。固結脫硫在產品中形成特種水泥礦物，提高了燃煤的燃盡度，減少了鍋爐腐蝕，同時也提高了灰熔點，避免了鍋爐內的結焦現(xiàn)象。

［1］王明建，劉煥清.電廠粉煤灰用于生產水泥熟料［J］.煤炭加工與綜合利用，2008，28(3):45 －46.

［2］李登新，呂俊復，郭慶杰，等.循環(huán)流化床灰渣利用研究進展［J］.熱能動力工程，2003，103(18):5 －8.

［3］于樹輝.循環(huán)流化床鍋爐爐內添加石灰石脫硫的研究［J］.電力科技與環(huán)保，2010，26(1):45 －48.

［4］盛 偉，劉志忠，韓 巍.不同煤矸配比脫硫試驗分析［J］.電力環(huán)境保護，2006，22(5):23 －24.

［5］趙宏偉，李金洪，梅 林，等.粉煤灰制備硫鋁酸鈣－阿利特水泥熟料的研究［J］.巖石礦物學，2006，25(6):518－522.